Os eletrodos flexíveis têm uma ampla gama de aplicações em robótica suave e eletrônica vestível. O presente protocolo demonstra uma nova estratégia para fabricar eletrodos altamente extensíveis com alta resolução via canais microfluídicos definidos litograficamente, o que abre caminho para futuros sensores de pressão suave de alto desempenho.
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Artigo de método
Eletrodos macios baseados em canais microfluídicos e sua aplicação em sensoriamento capacitivo de pressão
Neste artigo
Resumo
Resumo
Eletrodos flexíveis e esticáveis são componentes essenciais em sistemas sensoriais artificiais macios. Apesar dos recentes avanços na eletrônica flexível, a maioria dos eletrodos é restrita pela resolução de padronização ou pela capacidade de impressão a jato de tinta com materiais superelásticos de alta viscosidade. Neste artigo, apresentamos uma estratégia simples para fabricar eletrodos compósitos esticáveis baseados em microcanais, que pode ser obtida raspando compósitos de polímeros condutores elásticos (ECPCs) em canais microfluídicos em relevo litográfico. Os ECPCs foram preparados pelo método de evaporação de solventes voláteis, que obtém uma dispersão uniforme de nanotubos de carbono (CNTs) em uma matriz de polidimetilsiloxano (PDMS). Em comparação com os métodos convencionais de fabricação, a técnica proposta pode facilitar a fabricação rápida de eletrodos esticáveis bem definidos com lama de alta viscosidade. Como os eletrodos deste trabalho foram compostos de materiais totalmente elastoméricos, fortes interligações podem ser formadas entre os eletrodos baseados em ECPCs e o substrato baseado em PDMS nas interfaces das paredes dos microcanais, o que permite que os eletrodos exibam robustez mecânica sob altas tensões de tração. Além disso, a resposta mecânico-elétrica dos eletrodos também foi sistematicamente estudada. Finalmente, um sensor de pressão suave foi desenvolvido combinando uma espuma de silicone dielétrica e uma camada de eletrodos interdigitalizados (IDE), o que demonstrou grande potencial para sensores de pressão em aplicações de sensoriamento tátil robótico macio.
Introdução
Sensores de pressão suave têm sido amplamente explorados em aplicações como pinças robóticas pneumáticas1, eletrônica vestível2, sistemas de interface homem-máquina3, etc. Em tais aplicações, o sistema sensorial requer flexibilidade e elasticidade para garantir o contato conformado com superfícies curvilíneas arbitrárias. Portanto, requer todos os componentes essenciais, incluindo o substrato, o elemento transdutor e o eletrodo, para fornecer funcionalidade consistente sob condições extremas de deformação4. Além disso, para manter o alto desempenho de sensoriamento, é essen....
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Protocolo
1. Síntese da lama ECPCs
- Dispersar os CNTs num solvente de tolueno numa proporção de peso de 1:30 e diluir a base de PDMS com tolueno numa relação de peso de 1:1.
NOTA: Todo o procedimento experimental, que é mostrado na Figura 1, deve ser realizado em uma capela de fumaça bem ventilada. - Agitar magneticamente a suspensão de CNTs/tolueno e a solução de PDMS/tolueno à temperatura ambiente durante 1 h.
NOTA: Esta etapa permite que os CNTs sejam bem dispersos na matriz do PDMS na etapa seguinte. - Misturar a suspensão de CNTs/tolueno e a solução de PDMS/tolueno para formar uma mistura líquida....
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Resultados
Seguindo o protocolo, os ECPCs podem ser padronizados através do canal microfluídico, o que leva à formação de eletrodos esticáveis com alta resolução. As Figuras 3A, B mostram fotografias de eletrodos macios com diferentes desenhos de traços e resoluções de impressão. A Figura 3C mostra as diferentes larguras de linha dos eletrodos fabricados, incluindo 50 μm, 100 μm e 200 μm. A resistência de cada eletrodo é apresentada na
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Discussão
Neste protocolo, demonstramos um novo método de impressão baseado em canais microfluídicos para eletrodos esticáveis. O material condutor do eletrodo, a lama de ECPCs, pode ser preparado pelo método de evaporação de solvente, o que permite que os CNTs sejam bem dispersos na matriz PDMS, formando assim um polímero condutor que exibe uma elasticidade tão alta quanto o substrato PDMS.
No processo de raspagem, a lama de ECPCs é rapidamente preenchida no canal microfluídico do PDMS com a ajuda de u.......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Este trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China sob Grant 62273304.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Câmera | DIGITAL OPLÊNICA | ||
| Nanotubos de carbono (CNTs) | Nanjing Xianfeng Nano-tecnologia | Diâmetro: 10-20 nm, Comprimento: 10-30 μ m | |
| Agitador de placa de aquecimento | Thermo Scientific | Super-Nuova+ | Equipamento de agitação e aquecimento |
| Medidor LCR | Keysight | E4980AL | Equipamento de medição de capacitância |
| Microscópio | Multímetro SDPTOP | ||
| Equipamento de medição de resistência | Fluke | ||
| Forno | Yamoto | DX412C | Equipamento de aquecimento |
| Máscara fotográfica | Shenzhen Weina Electronic Technology | ||
| Photoresist | Microchem | SU-8 3050 | |
| Polidimetilsiloxano (PDMS) | Dow Corning | Sylgard 184 | Elastômero de Silicone |
| Espuma de silicone | Suave em | Soma Foama 25 | Espuma flexível de silicone de platina de dois componentes |
| Bolacha de silicone | Suzhou Crystal Silicon Electronic & Diâmetro da tecnologia | : 2 polegadas | |
| Agitador | IKA | Color Squid | Agitando Equipamento |
| Tolueno | Sinopharm Reagente | Químico Solvente para a Preparação de ECPCs | |
| Triethoxysilane | Macklin |
Referências
- Sun, Z. D., et al. Artificial intelligence of things (AIoT) enabled virtual shop applications using self-powered sensor enhanced soft robotic manipulator. Advanced Science. 8 (14), 2100230(2021).
- Lo, L. -W., et al.
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Reimpressões e permissões
